宽带码分多址系统中多径衰落与多址干扰的影响

原作：Md. Anwar Hossain， Mohammed Tarique. Effect of multipath fading and multiple access interference on broadband code division multiple access systems
https://www.ixueshu.com/document/4c1882ad2f33ef0d318947a18e7f9386.html#pdfpreview

总结

在本文中分析了多径环境下使用抽头延迟线（TDL）天线阵列的宽带CDMA系统中无编码上行传输的性能。推导了一个用来计算宽带CDMA系统中TDL天线阵列最优加权值的表达式。使用推导的表达式研究了TDL天线阵列的性能，并与现存的窄带系统进行了对比。仿真结果显示，TDL天线阵列可以降低多径衰落与多址干扰。其显示若信噪比水平保持在20dB且使用两径模型，4抽头2天线可支持30用户且误码率约$10^{-3}$。若使用三径模型，同样的天线布局则不能支持30个用户。为支持30用户且使误码率在$10^{-3}$，抽头数需提升至8。最后，若使用四径通道模型，抽头数需增加至16。不仅如此，信噪比也要增加到25dB才能得到相同的误码率。

引文

第四代移动通信系统被设计为可支持100 Mbps-1 Gbps 的高速无线服务。对于高速数据传输，由于时间散布，信道变得对频率选择十分严格。一种有效的无线多径技术克服了频率选择衰落，且可以利用多径来提升CDMA的传输质量。此技术的终极目标为达到并保持所需的系统QoS（QoS（Quality of Service）是服务质量的简称）。针对此种系统提出了两种宽带CDMA技术，分别为直接序列CDMA（DS-CDMA）与多载波CDMA（MC-CDMA）。MC-CDMA被认为优于DS-CDMA，因为其拥有更少的码间干扰（ISI）。但文中同样表示了，DS-CDMA可以达到与之相当的性能——如果选择了合适的频域均衡。现而今，MC-CDMA的一种特例，正交频分复用（OFDM）同样被认为是一种多载波解决方案，可以抑制多径衰落效应。一种可选择的基于传统单载波调制方法的方案与OFDM有相近的性能，提供了一种频域均衡，在[1-4]中得到了应用。由于异址干扰（MAI）与ISI限制了传统DS-CDMA的容量，如去相关、MMSE接收机，多阶并行干扰抑制接收机、连续干扰消除接收机、去相关判决反馈接收机等在[5-8]中被提出。在DS-CDMA系统中使用4阶并行干扰消除（PIC）接收机，要达到误码率$10^{-3}$ 需要的信噪比为8dB，而使用反馈算法的单阶PIC接收机仅需要2dB[9]。在多用户检测（MUD）中使用PIC的效果在[10]中也得到了讨论，作者揭示了其在使用CDMA或TDMA与CDMA混合的卫星系统中性能优异。结合使用软硬PIC检测器，作者对于使用高阶PIC提高MUD性能进行了研究。在[11]中，多径衰落信道中异步DS-CDMA系统的基于线性预测算法的盲用户识别（UID）被研究并与现有的基于子空间的UID算法进行了比较；作者总结道：他们提出的算法在异步CDMA系统中有优异的性能。

宽带CDMA设计为灵活地提供现有的蜂窝系统无法提供的宽带服务。DS-CDMA对干扰的高容忍度在文章中被描述为其解扩处理拥有抗MAI的能力。自适应天线阵列是另外一个可以通过降低多径衰落与MAI大大提升链路容量与系统收敛的方法。由于多媒体支持所要求的多用户数量日益增长，交叉项更高的非正交扩频码被纳入考虑，以此来扩大系统的用户容量，但这会导致更高的MAI。为降低MAI，可以使用基于天线阵列的波束成形。对于窄带系统，波束成形器可以通过在每个天线中使用增益与相移元素来实现。对于宽带系统，相同的系统不再有效，因为通道对空域与频域都不独立。因此，我们用TDL实现波束成形器来避免上述问题。这样的TDL波束成形器可以同时作为空域和频选滤波器。在[1]中，通过双径通道模型探讨了宽带CDMA系统中TDL波束成形器MMSE处理器的性能。作者将问题描述为当用户由15增至30至60，需要多少天线和TDL。在此讨论中，误码率保持$10^{-3}$，SNR保持20dB。作者使用一简单的两径通道模型通过视线路径（LOS）预测地面反射干扰路径引起的信号变化。此模型将信号传播特征化为在孤立的区域，只有少量反射源如一条乡间小路或高速公路。这对于现在城市现实世界移动通信系统来讲并不是一个好的信道模型。
本文中，一CDMA系统的宽带表达式被用来计算TDL天线阵列的最优权值。此表达式被用在一更加现实的信道模型中，我们叫它三径模型与四径模型。尽管更复杂的模型如10径模型在[16]中已经写过，我们选择三径和四径是因为有资源限制。通过使用这些模型，表明了信号的多径部分影响使用与[1]中30用户场景下同样参数的通信系统的误码率。在最差误码率条件下天线数与TDL数增加的影响也在本文进行了探讨。